Развитие методологии наноиндентирования для оценки физико-механических свойств тугоплавких металлов и соединений (Development of nanoindentation methodology for assessing the physical and mechanical properties of refractory metals and compounds)

Ларицкий, Виктор Вячеславович Отделение материаловедения (ОМ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Исследование физико-механических свойств конструкционной керамики на основе оксидов циркония, и алюминия, и вольфрама, и молибдена, с применением методики наноиндентирования.

Введение………………………………………………………………………….10

1 Литературный обзор……………………………………………………………12

1.1 Керамика на основе ZrO2. Структура и механические свойства………..12
1.2 Современные технологии оксидных керамик………………………….26
1.2.1 Получение исходных порошков ………………………………………..26
1.2.2 Способы формования оксидных порошков……………………………29
1.2.2.1 Холодное прессование в закрытых пресс-формах…………………..31
1.2.2.2 Горячее прессование…………………………………………………..32
1.2.3 Спекание оксидных керамик…………………………………………….35
1.3 Методы активированного спекания………………………………………….40
1.4 Физико-
механические свойства материалов, спеченных из нанодисперсных порош
ков молибдена и вольфрама………………………………………………….42
1.5 Методы определения твердости материалов………………………………44
2 Экспериментальная часть……………………………………………………56
2.1 Результаты экспериментальных исследований физико-механических
свойств вольфрама и молибдена……………………………………………56
2.2 Исследование процессов консолидации нанопорошков вольфрама и
молибдена…………………………………………………………………….69
3 Финансовый менеджмент,ресурсоэффективность и ресурсосбережение.84
3.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности…………………..84
3.2 Разделение выпцускной квалификационной работы на этапы……………85
3.3 SWOT-анализ…………………………………………………………………87
3.4 Определение трудоемкости этапов выпускной квалификационной
работы…………………………………………………………………………88
3.5 Составление сметы затрат…………………………………………………..91
4 Социальная ответственность………………………………………………..98
4.1 Материалы и методы исследования………………………………………..98
4.2 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности……101
4.3 Производственная безопасность…………………………………………..105
4.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………………117
Заключение……………………………………………………………………..121

Список используемых источников……………………………………………123

Приложение А…………………………………………………………………..127
Обозначения и сокращения

НП – нанопорошок
УДП – ультрадисперсный порошок
ПХС – плазмохимический синтез
КМЦ – карбооксиметилцеллюлоза

Керамика на основе диоксида циркония является весьма
перспективным конструкционным и функциональным материалом. Наиболее
распространенными методами получения прочной керамики являются
методы порошковой технологии. Компактирование можно проводить
различными методами. Тем не менее, широкому практическому
распространению циркониевой керамики препятствуют сложность и низкая
производительность технологий горячего прессования, и, с другой стороны,
невысокий уровень механических свойств керамики, получаемой
прессованием с последующим спеканием. Поэтому проблема активирования
процессов консолидирования керамики имеет важное практическое значение.
Оценка механических свойств керамических материалов во многих
случаях является проблематичной, поскольку она требует тщательного
приготовления соответствующих образцов, что представляет отдельную
весьма сложную задачу. В связи с этим, поиск и разработка оригинальных
технических методик тестирования керамических материалов имеет
чрезвычайно важное научное и практическое значение.
Вольфрам и молибден находят широкое применение в современной
технике в виде чистых металлов и в сплавах, из которых важнейшие –
легированные стали, твердые сплавы на основе карбида вольфрама,
износостойкие, коррозионно- стойкие и жаропрочные сплавы.
Индентирование является относительно простым, оперативным и, в
сущности, неразрушающим способом испытания материалов. Метод
позволяет проводить измерения в весьма малых объемах, что делает его
особенно привлекательным для определения механических свойств
отдельных фаз, гонких пленок, слоев деталей, подвергшихся поверхностному
воздействию, и г п.
В 1925 году Смит и Сандланд в качестве индентора применили
алмазную пирамидку с квадратным основанием, ныне известную как
индентор Виккерса, индентор, пожалуй наиболее широко используемый в
научных исследованиях. После появления этой ставшей стандартной
методики, многие ученые работали над задачей получения из твердости
других механических характеристик. В середине XX в. особенно много
сделали в этой области Тейлор, а из отечественных ученых Марковец.
В 70-х годах появляется новый способ измерения твердости, так
называемый “cortfinuous-depth-sensing indentation testing” (DSI), который
исключил субъективизм при измерении отпечатка, предоставил значительно
больше информации и обеспечил больший контроль над процессом
индентирования. Первоначально соответствующее оборудование
разрабатывалось отдельными исследователями для своих специфических
нужд, прежде всего для измерения свойств тонких пленок. DSI твердость
рассчитывалась так же, как и твердость по Виккерсу, только площадь
определялась не из диагонали отпечатка, а из заглубления индентора.
Несмотря на, казалось бы, однозначное геометрическое соотношение между
высотой и диагональю соответственного сечения пирамидки, значения
твердостей, измеренные этими двумя способами, расходилась иногда в
несколько раз, и между ними строились специальные корреляционные
зависимости.

В данной работе были исследованы структура и физико-механические
свойства спеченной керамики на основе диоксида циркония. Были измерены
модуль нормальной упругости и нанотвердость методом
наноиндентирования. Для определения прочности спеченной керамики был
применен метод «Scratch Testing» с использованием уникального прибора
Nanoindenter G 200. Получены оптические фотографии микрошлифов,
подвергнутых термическому травлению ав окислительной атмосфере при
температуре 1200ºС. В результате проведенных исследований можно сделать
следующие выводы:
1. Показано, что методика наноиндентирования и скрэч-тестинга
является эффективным средством оценки физико-механических
характеристик спеченных керамических материалов, обладающим высокой
степенью достоверности результатов.
2. Дополнительная обработка спеченной частично-
стабилизированной циркониевой керамики состава ZrO2 – 5% Y2O3 в
азотсодержащей плазме тлеющего разряда приводит к существенному
повышению ее прочности. Эффект упрочнения керамики можно объяснить
образованием в процессе обработки оксинитридных фаз типа Zr(ON)x,
который могут являться барьером для распространения закритических
трещин.
3. Оптимальным сочетанием жесткости, твердости и прочности
(ЕIT=277,9 ГПа, HIT=14387 МПа, =592,3 МПа) обладает керамическая
композиция доэвтектического состава 80% Al2O3 – 19% ZrO2 – 1% Y2O3,
уровень свойств которой превосходит характеристики промышленной
режущей микролитовой керамики ЦМ-332.
4. Показано, что образцы исследованных керамик имеют низкую
пористость – не более 4 %. Пористость определялась как отношение площади
пор (темная составляющая на микрошлифах) к площади исследуемого поля
зрения.
5. Установлены оптимальные параметры прессования и спекания
образцов из электровзрывных НП W и Mo с добавкой 1 мас. % НП Ni:
давление прессования 300 МПа, гомологическая температура спекания
для W(Ni) 0,5Тпл, для Mo(Ni) – 0,6 Тпл, время изотермической
выдержки при данной температуре 1 час, среда – вакуум ( 10-4 мм.
рт. ст.).

1.Калинович Д.Ф., Кузнецова Л.И., Денисенко Э.Т. Диоксид
циркония: свойства и применение // Порошковая металлургия.-1987.-
N1.-с.98-102.
2.Балкевич В. Л. Техническая керамика: Учеб. пособие для
втузов. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1984. – 256 с
3.Матренин С.В, Слосман А.И. // Техническая керамика:
Учебное пособие – Томск: Изд-во ТПУ, 2004.
4.МатренинС.В//Испытаниесталинарастяжение:
Методическое указание по выполнению лабораторных работ по курсу
«Неметаллические материалы» для студентов направления 150600 –
Материаловедение и технологии новых материалов. – Томск: Изд.
ТПУ, 2009. – 24 с.
5.Анциферов В.Н., Бобров Г.В. и др. / Под ред. Митина Б.С.
Порошковая металлургия и напылённые покрытия. Учеб. пособие для
вузов. – М.: Металлургия, 1987. – 792 с.
6.Балкевич В. Л. / Техническая керамика. Учеб. пособие для
втузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1984. – 256 с.
7.Окадзаки К. / Технология керамических диэлектриков: Пер.
с японского. М: Энергия, 1976. – 336с
8.ПопильскийР.Я.,ПивинскийЮ.Е./Прессование
порошковых керамических масс. М.: Металлургия, 1983. – 176 с.
9.О.Л. Хасанов, Э.С. Двилис, З.Г. Бикбаева / Методы
компактирования и консолидации наноструктурных материалов и
изделий – Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2008. – 212 с.
10.Центральный металлический портал: // Полезные статьи /
Порошковая металлургия / Спекание порошковых материалов и их
свойства.2012-2014.URL:http://metallicheckiy-
portal.ru/articles/porochmet/spekanie_porochk_materialov_i_svoistva.
(Дата обращения: 24.04.2015).
11.Скороход В.В., Солонин С.М. Физико-металлургические
основы спекания порошков / М., 1984. 158 с.
12.Лякишев Н.П., Алымов М.И. Получение и физико-
механические свойства объемных нанокристаллических материалов.
Российскаяакадемиянаук(РАН);Институтметаллургиии
материаловедения им. А. А. Байкова. М.: Элиз, 2007. 150 с.
13.СавицкийА.П.Жидкофазноеспеканиесистемс
взаимодействующимикомпонентами/подред.Э.В.Козлова.
Новосибирск : Наука, 1991. 184 с.
14.Степанов Ю.Н., Алымов М.И. Расчет скорости усадки на
первой стадии спе-кания компактов из ультрадисперсных порошков //
ФХОМ. 2001. №6. с.76-78
15.СтепановЮ.Н.,АлымовМ.И.,МальтинаЕ.И.
Ультрадисперсные метал-лические порошки: модель начальной стадии
спекания // Металлы. 1995. №1. с.127-132
16.Степанов Ю.Н., Алымов М.И., Евстратов Е.И. Влияние
температуры на скорость усадки компактов из наночастиц // Физика и
химия стекла. 2005. Т.31. №3. С.452-455
17.Опыт обобщенной теории спекания. / Под ред. Г.В.
Самсонова и М.М. Ристича. – Белград: Международная группа по
изучению спекания, 1974. – 285 c.
18.Хермель В., Кийбак Б., и др. / Под ред. Скорохода В.В.
Процессы массопереноса при спекании. – Киев: Наукова Думка, 1987. –
152 с.
19.Orru R., Licheri R., Locci A.M., Cincotti A., Cao G.
Consolidation/synthesis of materials by electric current activated/assisted
sintering // Materials Science and Engineering. — 2009. — R 63. — P.
127—287.
20.O’Brien R.C., Ambrosi R.M., Bannister N.P., Howe S.D.,
Atkinson H.V. Spark Plasma Sintering of simulated radioisotope materials
within tungsten cermets // Journal of Nuclear Materials. — 2009. — V. 393.
— P. 108—113
21.Сайт НИТУ “МИСиС”, раздел оборудование. 2015. URL:
http://www.misis.ru/tabid/2773/Default.aspx.(Датаобращения:
24.02.2015).
22.Сайт компании Tokyo Boeki Technology, раздел научное
оборудование.1959—2015.URL: http://tokyoboeki.ru/?page_id=548.
(Дата обращения: 24.12.2014).
23.НаукавСибири/Еженедельнаягазетасибирского
отделенияроссийскойакадемиинаук.URL:http://www-
sbras.nsc.ru/HBC/article.phtml?nid=620&id=12.(Датаобращения:
24.12.2014).
24.СайткомпанииТехноинфоЛтд,разделThermal
Technology. 2007 – 2008. URL: http://www.technoinfo.ru/catalog/138.html.
(Дата обращения: 24.12.2014).
25.Tokita M. Mechanism of Spark Plasma Sintering // J. Material
Science. — 2004. — V. 5, № 45. — P. 78—82.
26.Лукин Е.С. Современная высокоплотная оксидная керамика
с регулируемой микроструктурой. Ч.4. Технологические методы
получения высокодисперсных порошков для многокомпонентной
оксидной керамики // Огнеупоры и техническая керамика. – 1986. – №
9. – С. 2-10.
27.Охрана труда в электротехнической промышленности:
Методическое пособие/ сост. Чекалин Н.А. Москва, 1979 г.
28.Лабораторный практикум по дисциплине «Безопасность
жизнедеятельности». Ю.А. Амелькович, Ю.В. Анищенко, М.В. Гуляев
и др. // Томск: Издательство Томского политехнического университета,
2010. – 236 с.].
29.Сайт «РИА Новости»: [Электронный ресурс] // Классы
опасности вредных веществ и отходов. Справка. 2014 – 2015. URL:
http://ria.ru/documents/20120326/606570176.html.(Датаобращения:
27.05.2015).
30.СанПин 2.2.1/2.1.1.1278-03 «Гигиенические требования к
естественному, искусственному и совмещённому освещению жилых и
общественных зданий».
31.Федосова В.Д. Расчет искусственного освещения. Метод.
указания. – Томск: Изд-во ТПУ, 1991. – 23с.
32.Сайт «Даграмма»: [Электронный ресурс] // Инструкция по
охранетрудаприработенапрессах.2015.URL:
http://www.diagram.com.ua/info/ohrana/toi/889.shtml. (Дата обращения:
27.05.2015).
33.НПБ 105-03 «Определение категорий помещений, зданий и
наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности».
34.Сайт «Студопедия – Ваша школопедия»: [Электронный
ресурс]//Пожарнаябезопасность
http://studopedia.ru/6_115917_pozharnaya-bezopasnost.html.(Дата
обращения: 08.06.2015).
35.Об охране окружающей среды: Федеральный закон № 7-
ФЗ от 22 августа 2004 г. – 37 с.
Раздел (А)
(Английский язык)

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Александра С.
    5 (91 отзыв)
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повы... Читать все
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повышении уникальности текста и оформлении библиографических ссылок по ГОСТу.
    #Кандидатские #Магистерские
    132 Выполненных работы
    Анна Александровна Б. Воронежский государственный университет инженерных технол...
    4.8 (30 отзывов)
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственно... Читать все
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственном университете инженерных технологий.
    #Кандидатские #Магистерские
    66 Выполненных работ
    Дмитрий К. преподаватель, кандидат наук
    5 (1241 отзыв)
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.
    #Кандидатские #Магистерские
    2271 Выполненная работа
    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    Александр Р. ВоГТУ 2003, Экономический, преподаватель, кандидат наук
    4.5 (80 отзывов)
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфин... Читать все
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфинансы (Казначейство). Работаю в финансовой сфере более 10 лет. Банки,риски
    #Кандидатские #Магистерские
    123 Выполненных работы
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Елена С. Таганрогский институт управления и экономики Таганрогский...
    4.4 (93 отзыва)
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.
    #Кандидатские #Магистерские
    158 Выполненных работ
    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 Выполненных работ
    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету